Урок №22. Кислород, его общая характеристика и нахождение в природе. Получение кислорода и его физические свойства
Лекция «Кислород – химический элемент и простое вещество»
«Dum spiro spero» (Пока дышу, надеюсь...), - гласит латынь
Дыхание – это синоним жизни, а источник жизни на Земле – кислород.
План лекции:
1. Кислород – химический элемент:
а) Характеристика химического элемента – кислорода по его положению в ПСХЭ
б) Валентные возможности атома кислорода
в) Распространённость химического элемента в природе
2. Кислород – простое вещество
а) Получение кислорода
б) Химические свойства кислорода
в) Круговорот кислорода в природе
г) Применение кислорода
I. Кислород – химический элемент
а) Характеристика химического элемента – кислорода по его положению в ПСХЭ
Подчёркивая важность кислорода для земных процессов, Яков Берцелиус сказал: «Кислород – это вещество, вокруг которого вращается земная химия» Материал данной лекции обобщает ранее полученные знания по теме «Кислород».
Кислород — элемент главной подгруппы шестой группы, второго периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным порядковым номером 8. Обозначается символом O (лат. Oxygenium). Относительная атомная масса химического элемента кислорода равна 16, т.е. Ar(O)=16.
б) Валентные возможности атома кислорода
В соединениях кислород обычно двухвалентен (в оксидах), валентность VI не существует. В свободном виде встречается в виде двух простых веществ: О2 («обычный» кислород) и О3 (озон). О2 — газ без цвета и запаха, с относительной молекулярной массой =32. О3 – газ без цвета с резким запахом, с относительной молекулярной массой =48. В молекуле угарного газа кислород трёхвалентен.
в) Распространённость химического элемента кислорода в природе
Кислород — самый распространенный на Земле элемент, на его долю (в составе различных соединений, главным образом силикатов), приходится около 49% массы твердой земной коры. Морские и пресные воды содержат огромное количество связанного кислорода — 85,5% (по массе), в атмосфере содержание свободного кислорода составляет 21% по объёму и 23% по массе. Более 1500 соединений земной коры в своем составе содержат кислород.
Кислород входит в состав многих органических веществ и присутствует во всех живых клетках. По числу атомов в живых клетках он составляет около 20 %, по массовой доле — около 65 %.
Для химического элемента кислорода характерны две разные аллотропные модификации – озон и молекулярный кислород. Если какой-либо элемент образует два или несколько простых веществ, то такие вещества называются аллотропными модификациями. Само это явление называется аллотропией.
II. Кислород – простое вещество
а) Получение кислорода
Получение в промышленности
Электролиз воды: 2H2O = эл. ток = 2H2↑ + O2↑
Сжижение воздуха под давлением: Воздух = p, t=- 183°C= О2 (голубая жидкость)
Получение в лаборатории
Разложение перманганата калия (марганцовка):
2KMnO4 =t,°C= K2MnO4+MnO2+O2↑
Разложение перекиси водорода:
2H2O2 =катализатор= 2H2O + O2↑
Разложение бертолетовой соли:
2KClO3 =t,°C, катализатор= 2KCl + 3O2↑
В настоящее время в промышленности кислород получают из воздуха. В лабораториях небольшие количества кислорода можно получать нагреванием перманганата калия (марганцовка) KMnO4. Кислород мало растворим в воде и тяжелее воздуха, поэтому его можно получать двумя способами:
1. вытеснением воды;
2. вытеснением воздуха (кислород будет собираться на дне сосуда).
Существуют и другие способы получения кислорода.
Посмотрите видео-сюжет получение кислорода при разложении марганцовки (перманганата калия). Полученный кислород можно обнаружить на дне сосуда тлеющей лучинкой – она вспыхнет.
б) Химические свойства кислорода
Вещество + О2 = ЭхОу + Q
Окисление (горение) → Оксид
2H2 + O2 =t,°C= 2H2O
4Al + 3O2 =t,°C= 2Al2O3
CH4 +2O2 =t,°C= CO2 + 2H2O
Взаимодействие веществ с кислородом называется окислением. В результате образуются оксиды – сложные вещества, состоящие из двух элементов, одним из которых является двухвалентный атом кислорода.
Реакции окисления, протекающие с выделением тепла (Q) и света, называют реакциями горения. Кислород взаимодействует с простыми веществами – металлами и неметаллами; а также со сложными веществами.
Изучите алгоритм составления уравнений реакций окисления на примере алюминия и метана CH4. (см. видео)
в) Круговорот кислорода в природе
В природе кислород образуется в процессе фотосинтеза, который происходит в зелёных растениях на свету в присутствии хлорофилла. В целях сохранения кислорода в воздухе вокруг городов и крупных промышленных центров создаются зоны зелёных насаждений.
Фотосинтез:
6CO2 + 6H2O =свет, хлорофилл= C6H12O6 + 6O2↑
углекислый газ глюкоза кислород
г) Применение кислорода
Применение кислорода основано на его свойствах: кислород поддерживает горение и дыхание.
Горение:
сварка металлов
металлургия
в ракетных двигателях
Дыхание:
медицина
авиация
работа под водой
В заключении ещё раз отметим важность кислорода для всего живого на нашей планете такими поэтическими строками:
«Он всюду и везде:
В камне, в воздухе, в воде,
Он и в утренней росе
И небес голубизне…»
